【摘要】：等離子體是一些由陽離子和陰離子組成的對外近似成電中性的粒子的集合,其中的低溫等離子體在環(huán)境治理、材料制備、生物工程、臨床醫(yī)學(xué)等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。特別是在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,大氣壓等離子體射流作為一類能在開放空間產(chǎn)生低溫等離子體的裝置在殺菌消毒、傷口愈合、癌癥治療獲得廣泛關(guān)注,通常在人體細(xì)胞組織表面覆蓋著一層幾百微米厚的血清狀的液體層,這層血清狀的液體層包含有93%的水和7%的蛋白質(zhì),這些液體層就像篩子一樣改變了活性粒子的作用濃度和改變活性粒子的組分。因為有了液體層的存在,等離子體的性質(zhì)發(fā)生了極大的改變。因此研究大氣壓等離子體射流與水溶液相互作用特性具有重要的意義。本論文首先歸納和總結(jié)了當(dāng)前廣泛使用的大氣壓等離子體射流裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的背景知識,其次采用數(shù)值計算的方法研究了大氣壓等離子體射流氣體放電性質(zhì)、大氣壓等離子體射流與水溶液相互作用的情況,最后對大氣壓等離子體射流裝置進(jìn)行了設(shè)計與優(yōu)化。整篇論文中涉及到的基本原理、數(shù)值計算、數(shù)學(xué)推導(dǎo)、參數(shù)分析、重要結(jié)果都給出了詳細(xì)的理論分析和詳細(xì)的闡述。研究結(jié)果總結(jié)如下:1、本論文在氦氧大氣壓等離子體射流數(shù)值模擬研究章節(jié)選擇20種粒子、49個反應(yīng),依據(jù)質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒方程和電子發(fā)射的邊界條件,建立了二維流體的針-板放電模型來研究電場分布和電勢分布。模擬結(jié)果表明,高電場強(qiáng)度區(qū)域向板電極方向傳播,電離波頭部和針電極之間出現(xiàn)面積持續(xù)增大的低電場強(qiáng)度區(qū)域,空間電勢中的高電勢區(qū)域沿著導(dǎo)向電離波移動方向持續(xù)增大。2、為了對大氣壓等離子體射流中活性粒子的濃度進(jìn)行調(diào)控,本文研究了主要活性粒子的反應(yīng)路徑,研究發(fā)現(xiàn)電子吸附反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)離子O~-和O_2~-,80%以上的正離子O_2~+和H_2O~+來源于He~*與分子O_2和H_2O間的潘寧電離,e+O_2→e+O+O(~1D)是生成O和O(~1D)的主要路徑,O(~1D)+H_2O→2OH和O+H+H_2O→OH+H_2O分別產(chǎn)生69.3%和39.2%的OH,2O_2+O→O_3+O_2是生成O_3的關(guān)鍵反應(yīng)。3、對大氣壓等離子體射流和水溶液相互作用選擇15種粒子、39個反應(yīng),依據(jù)通量守恒、亨利定律、泊松方程、擴(kuò)散方程、擴(kuò)散-漂移方程,建立了一維模型。通過該模型求解出主要活性粒子的濃度空間分布。在大氣壓等離子體射流與水溶液相互作用中,H_2O_2是在液相區(qū)域里面壽命最長的活性粒子。O_3和OH在水淺層處的濃度相對較高,并且O_3、OH和HO_2有著差不多的滲透深度。4、為了對大氣壓等離子體射流和水溶液相互作用的高濃度粒子和低濃度粒子進(jìn)行調(diào)控,本論文研究了這些粒子的反應(yīng)路徑,發(fā)現(xiàn)H_2O_2主要是由氣相等離子體區(qū)的O(~1D)的連續(xù)注入O(~1D)+H_2O→H_2O_2生成。此外反應(yīng)OH+OH→H_2O_2也產(chǎn)生了大量的H_2O_2。5、綜合分析了當(dāng)前對大氣壓等離子體射流實驗研究的進(jìn)展,提出了設(shè)計一款低成本、低溫度、低功耗的大氣壓等離子體射流裝置,做到了產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。本設(shè)計選擇的是類介質(zhì)阻擋放電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),詳述了電極的設(shè)計、匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和對大氣壓等離子體射流裝置采用脈沖調(diào)制進(jìn)行優(yōu)化。
【圖文】：

圖 1.1 放電等離子體電壓-電流曲線的演化曲線，OA 段也稱作背景電離區(qū)。該區(qū)段的電其微量的放射性物質(zhì)射線引起的電離產(chǎn)生。AB 段被稱電壓所吸收，，已經(jīng)沒有足夠的能量產(chǎn)生新的電子；在

圖 1.2 無電介質(zhì)射流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).56 MHz 射頻電源驅(qū)動，其功率可以在 50-500 W 調(diào)節(jié) 300 °C，為了降低溫度，需要外加水冷裝置。其缺點電弧放電（高溫）現(xiàn)象不可避免。2、放電功率較高。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O53;O641.3

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曹修全;余德平;姚進(jìn);陳艷;;基于圖像處理技術(shù)的等離子體射流穩(wěn)定性分析[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2018年21期

2 肖蒙;余德平;曹修全;岳景輝;;非轉(zhuǎn)移弧等離子體射流穩(wěn)定性研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2015年36期

3 鄭培超;王鴻梅;李建權(quán);韓海燕;徐國華;沈成銀;儲焰南;;大氣壓直流微等離子體射流研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2009年02期

4 曹爾妍;王開絢;;用激光干涉研究氬等離子體射流[J];光電子.激光;1985年05期

5 李志信,胡桅林,過增元;非柱對稱氬等離子體射流溫度場的測量和計算[J];儀器儀表學(xué)報;1988年02期

6 夏來慶,黃偉明,飯山明裕,羅伯特·格林,羅伯特·索耶;方形活塞發(fā)動機(jī)模擬器的放熱計算(英文)[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報;1989年02期

7 王學(xué)松;超高溫等離子體射流及其在化學(xué)化工上的應(yīng)用[J];化學(xué)世界;1962年04期

8 牛錚;邵濤;章程;方志;李春霞;張東東;嚴(yán)萍;;納秒脈沖放電等離子體射流特性[J];強(qiáng)激光與粒子束;2012年03期

9 嚴(yán)建華;潘新潮;馬增益;屠昕;岑可法;;直流氬等離子體射流電子溫度的測量[J];光譜學(xué)與光譜分析;2008年01期

10 孫姣;張家良;王德真;馬騰才;;一種新型大氣壓毛細(xì)管介質(zhì)阻擋放電冷等離子體射流技術(shù)[J];物理學(xué)報;2006年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 劉汝兵;王萌萌;郝明;林麒;;補(bǔ)氣式等離子體射流發(fā)生器實驗研究[A];中國力學(xué)大會-2015論文摘要集[C];2015年

2 常正實;張冠軍;廖文龍;董卓元;穆海寶;;大氣壓氦等離子體射流在電極內(nèi)的演化發(fā)展[A];中國物理學(xué)會第十八屆全國靜電學(xué)術(shù)會議會議論文集——高壓放電：從災(zāi)害防護(hù)到新技術(shù)應(yīng)用[C];2013年

3 孟顯;郭志穎;潘文霞;吳承康;;直流減壓層流氬等離子體射流的溫度測量[A];第十四屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第五屆中國電推進(jìn)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會會議摘要集[C];2009年

4 李壽哲;黃文同;王德真;;大氣壓下空心單電極激發(fā)的氬等離子體射流的實驗研究[A];第十四屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第五屆中國電推進(jìn)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會會議摘要集[C];2009年

5 熊青;盧新培;鄒菲;胡靜;鮮于斌;熊紫蘭;龔維維;劉金輝;陳凱;;放電參數(shù)及周圍空氣對大氣壓氦氣等離子體射流長度的影響[A];第十四屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第五屆中國電推進(jìn)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會會議摘要集[C];2009年

6 劉峰;王琪;李相波;;等離子體射流預(yù)處理船體鋼表面親水性研究[A];第十四屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第五屆中國電推進(jìn)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會會議摘要集[C];2009年

7 沈潔;程誠;謝洪兵;倪國華;蘭彥;;氬/氧等離子體射流中活性氧對枯草桿菌失活機(jī)理研究[A];第十六屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第一屆全國等離子體醫(yī)學(xué)研討會會議摘要集[C];2013年

8 胡江天;劉大偉;盧新培;;懸浮電極對等離子體射流的影響[A];第十六屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第一屆全國等離子體醫(yī)學(xué)研討會會議摘要集[C];2013年

9 陳秉巖;夏少嫻;朱昌平;高瑩;費峻濤;文文;陳龍威;任兆杏;單鳴雷;;攪拌速度影響空氣等離子體射流降解有機(jī)廢水的研究[A];第十六屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第一屆全國等離子體醫(yī)學(xué)研討會會議摘要集[C];2013年

10 胡明;萬樹德;;磁驅(qū)動直流氬等離子體射流工作特性研究[A];第十六屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第一屆全國等離子體醫(yī)學(xué)研討會會議摘要集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉亞迪;大氣壓低溫等離子體射流電子能量調(diào)控及相關(guān)活性粒子的數(shù)值研究[D];山東大學(xué);2019年

2 王振宇;等離子體射流在一種電磁質(zhì)量分離器中的運動特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

3 辛強(qiáng);大氣感應(yīng)耦合等離子體射流特性與加工表面演變機(jī)理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

4 茍建民;大氣壓低溫微等離子體射流（≤10μm）產(chǎn)生及參數(shù)診斷[D];華中科技大學(xué);2018年

5 劉浪;室溫等離子體射流無掩膜板化制備柔性器件及其性能研究[D];華中科技大學(xué);2018年

6 林玲;基于等離子體射流點火的PDE磁流體推進(jìn)特性研究[D];南京理工大學(xué);2017年

7 晏雯;大氣壓冷等離子體射流二維流體模擬研究[D];大連理工大學(xué);2016年

8 屠昕;用于危險廢棄物處理的直流等離子體射流特性研究[D];浙江大學(xué);2007年

9 聶蘭蘭;非熱平衡態(tài)等離子體射流種子電荷與放電重復(fù)性研究[D];華中科技大學(xué);2017年

10 龔維維;大氣壓低溫等離子體射流數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙彬彬;基于DBD-PA的等離子體射流防冰實驗研究[D];上海交通大學(xué);2017年

2 劉兆謙;大氣壓等離子體射流與水溶液相互作用的特性研究[D];山東師范大學(xué);2019年

3 徐暉;等離子體射流薄膜沉積對微放電抑制的研究[D];鄭州大學(xué);2019年

4 田振華;大氣壓等離子體射流在左旋聚乳酸取向纖維膜表面改性中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

5 金杞糠;脈沖低溫等離子體射流用于滅菌和凝血的實驗研究[D];浙江大學(xué);2018年

6 唐蕾;大氣壓Ar/He等離子體射流光學(xué)特性研究[D];華北電力大學(xué);2018年

7 牛俊博;陣列型大氣壓冷等離子體射流均勻性控制及特性實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

8 鄭樹磊;基于多場耦合的大氣壓冷等離子體射流數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

9 鄒昀龍;用于創(chuàng)傷愈合的冷等離子體特性分析及優(yōu)化[D];沈陽理工大學(xué);2018年

10 季鵬;大氣感應(yīng)耦合等離子體射流加工中熱影響及對策研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號：2665163